CN110941322A - 一种优化服务器电源的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种优化服务器电源的方法及系统，该方法包括：采集LLC级的输出电流；根据输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压；根据待输出电压，更新PFC级当前的输出电压。该系统包括：输出电流采集模块、待输出电压计算模块以及更新模块。通过本申请，能够有效提高LLC回路的效率，能够在确保实现holdup time提升的情况下，大大提高服务器电源的整体效率。

Description

一种优化服务器电源的方法及系统

技术领域

本申请涉及服务器电源技术领域，特别是涉及一种优化服务器电源的方法及系统。

背景技术

服务器电源通常为AC/DC电源，AC/DC(Alternating Current/Direct Current，交流/直流)电源用于将市电转换成12V电源供服务器使用。目前业内的AC/DC电源设计通常采用PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)+LLC(LLC resonant converter，LLC谐振变换器)两级结构，其中，PFC级用于实现功率因数校正，以及将市电转化成较高的直流电；LLC级将较高的直流电转换成服务器系统需要的低压直流电。随着服务器系统对AC/DC电源性能要求的不断提升，如何提升holdup time(保持时间)，从而优化服务器电源，是个重要的技术问题。

目前，优化服务器电源的方法通常是，增加母线电容或者采用升压电路。具体地，增加母线电容即：增加PFC级电容的容量，通过PFC级电容容量的增加，能够存储更多的能量来增加保持时间。升压电路设置于PFC输出测，当PFC母线电压低于母线电压最低值时，升压电路工作，将母线电压提高，用以增加保持时间。

然而，目前优化服务器电源的方法中，虽然增加母线电容或者采用升压电路能够实现holdup time的提升，但是较大的母线电容会占用较多的PCB空间，导致PCB布局紧张，从而降低整个服务器电源的功率密度。采用升压电路也会占用较多的PCB空间，降低整个电源系统的功率密度。

发明内容

本申请提供了一种优化服务器电源的方法及系统，以解决现有技术中的方法降低服务器电源的功率密度，导致服务器电源效率不够高的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

一种优化服务器电源的方法，所述服务器电源中设置有依次连接的PFC级和LLC级，所述方法包括：

采集LLC级的输出电流；

根据所述输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压，其中，380为PFC基准电压，I_out为LLC级的输出电流，Vin_Ref为PFC级的待输出电压，K为调节系数；

根据所述待输出电压，更新PFC级当前的输出电压。

可选地，根据所述输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压的方法，具体为：

根据所述输出电流，通过DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压。

可选地，根据所述输出电流，通过DSP利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压的方法，包括：

利用电流取样电阻将所述输出电流转换为电压信号形式的输出电流，并将所述电压信号形式的输出电流传输至DSP；

DSP根据所述电压信号形式的输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压。

可选地，调节系数K根据服务器电源的运行参数确定，所述运行参数包括：PFC母线电容的耐压值以及LLC环路的谐振频率。

一种优化服务器电源的系统，所述服务器电源中设置有依次连接的PFC级和LLC级，所述系统包括：

输出电流采集模块，用于采集LLC级的输出电流；

待输出电压计算模块，用于根据所述输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压，其中，380为PFC基准电压，I_out为LLC级的输出电流，Vin_Ref为PFC级的待输出电压，K为调节系数；

更新模块，用于根据所述待输出电压，更新PFC级当前的输出电压。

可选地，所述待输出电压计算模块包括：

信号转换单元，用于利用电流取样电阻将所述输出电流转换为电压信号形式的输出电流，并将所述电压信号形式的输出电流传输至计算单元；

所述计算单元，用于根据所述电压信号形式的输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压。

可选地，所述计算单元为一DSP。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请提供一种优化服务器电源的方法，该方法首先采集LLC级的输出电流，然后根据所采集的输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压，最后根据计算得出的输出电压更新PFC级当前的输出电压。PFC级的输出电压又称PFC母线电压，本实施例通过对PFC母线电压进行线性调节，及时调整LLC级的输出电流，从而避免或降低LLC谐振频率的快速变化，使LLC系统工作在最佳效率状态，在确保实现holdup time提升的情况下，有效提高服务器电源的整体效率。

本申请还提供一种优化服务器电源的系统，该系统主要包括输出电流采集模块、待输出电压计算模块以及更新模块三部分。利用待输出电压计算模块对PFC母线电压进行线性调节，能够及时调整LLC级的输出电流，从而确保LLC系统处于最佳效率，满足服务器电源效率和holdup time的性能要求。另外，本实施例并不会占用较多的PCB空间，能够确保整个电源系统的功率密度，大大提高服务器电源的整体效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种优化服务器电源的方法的流程示意图；

图2为本申请实施例中的LLC电路图；

图3为本申请实施例中LLC频率增益曲线示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种优化服务器电源的系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

为了更好地理解本申请，下面结合附图来详细解释本申请的实施方式。

实施例一

参见图1，图1为本申请实施例所提供的一种优化服务器电源的方法的流程示意图。由图1可知，本实施例中优化服务器电源的方法主要包括如下过程：

S1：采集LLC级的输出电流。

本实施例的服务器电源中包括PFC级和LLC级，且PFC级的输出端连接LLC级的输入端。

通常LLC级的输出电流包括4种情况：空载、轻载、半载和满载。假设LLC级的输出电流为I_out，当I_out＝0时，称为空载；当I_out＝I_max时，即LLC级的输出电流达到额定工作电流I_max时，称为满载；当I_out＝0.5*I_max时，称为半载；当0<I_out＝0.5*I_max时，称为轻载。

采集到LLC级的输出电流之后，执行步骤S2：根据输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压。

其中，380为PFC基准电压，I_out为LLC级的输出电流，Vin_Ref为PFC级的待输出电压，K为调节系数。

本实施例中LLC电路的典型电路图如图2所示，LLC频率增益曲线如图3所示。在图2中，V_in为PCC级的实际输出电压，又称PFC母线电压，Q1、Q2为LLC的一个桥臂，Cr为谐振电容，Lr为谐振电感，Lm为变压器漏感，D1、D2均为输出整流二极管。图3中，横坐标为频率，纵坐标为增益，Region1、Region 2和Region3分别表示LLC的三个工作区间，Qs为品质因数。

本实施例中，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380计算得出的PFC级待输出电压，与LLC级的输出电流之间为线性关系，通过引入PFC母线电压的线性调节，利用PFC母线的线性改变能够有效降低LLC谐振频率在不同负载下的快速变化，从而提高LLC环路的稳定性，使得LLC系统能够始终保持在最佳状态，进而使得整个服务器电源在确保holdup time性能的前提下，大大提高服务器电源的效率。

本实施例中调节系数K根据服务器电源的运行参数确定。其中，与调节系数K相关的服务器电源的运行参数包括：PFC母线电容的耐压值以及LLC环路的谐振频率。具体地，调节系数K的设置，要确保PFC级待输出电压小于PFC母线电容的耐压值；调节系数K的设置，要使得LLC环路的工作频率尽量接近LLC环路的谐振频率，从而能够提高服务器电源的效率。

进一步地，本实施例中可以通过DSP，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压。采用DSP确定PFC级的待输出电压时，具体地，步骤S2又包括如下过程：

S21：利用电流取样电阻将输出电流转换为电压信号形式的输出电流，并将电压信号形式的输出电流传输至DSP。

S22：DSP根据电压信号形式的输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压。

继续参见图1可知，计算得出PFC级的待输出电压之后，执行步骤S3：根据待输出电压，更新PFC级当前的输出电压。也就是以PFC级的待输出电压替换PFC级当前的输出电压。

下面举例说明采用本实施例中的方法对服务器电源进行优化时的效果。以800W服务器电源为例进行验证，假设谐振频率设计为80K，调节系数K为0.5，则根据公式公式Vin_Ref＝K*I_out+380可知，PFC母线电压调节结果如下：

当I_out＝0A时，LLC空载，PFC级待输出电压为380V，LLC输出电压为12.25V，实测频率160K；

当I_out＝13A时，LLC轻载，PFC级待输出电压为387V，LLC输出电压为12.24V，实测频率84K；

当I_out＝33A时，LLC半载，PFC级待输出电压为396V，LLC输出电压为12.22V，实测频率83K；

当I_out＝66A时，LLC满载，PFC级待输出电压为413V，LLC输出电压为12.19V，实测频率79K。

由以上PFC母线电压调节结果可知，当LLC级输出电流较低时，通过控制PFC级的待输出电压，使其处于较低数值，能够有效降低LLC的增益，从而避免LLC轻载时频率较高的问题，有利于降低电压纹波；当LLC级输出电流在半载时，通过控制PFC级母线电压逐渐升高，使半载时的LLC频率接近谐振频率，能够有效提高半载效率；当LLC级输出电流在满载时，通过控制PFC母线电压逐渐升高，使满载的LLC频率接近谐振频率，有利于满载效率的提升以及holdup time的提升。

实施例二

在图1-图3所示实施例的基础之上参见图4，图4为本申请实施例所提供的一种优化服务器电源的系统的结构示意图。由图4可知，本实施例中优化服务器电源的系统主要包括：输出电流采集模块、待输出电压计算模块以及更新模块三部分。

其中，输出电流采集模块，用于采集LLC级的输出电流。待输出电压计算模块，用于根据输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压，其中，380为PFC基准电压，I_out为LLC级的输出电流，Vin_Ref为PFC级的待输出电压，K为调节系数。更新模块，用于根据待输出电压，更新PFC级当前的输出电压。

进一步地，待输出电压计算模块包括：信号转换单元和计算单元。其中，信号转换单元，用于利用电流取样电阻将输出电流转换为电压信号形式的输出电流，并将电压信号形式的输出电流传输至计算单元；计算单元，用于根据电压信号形式的输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压。

进一步地，本实施例中计算单元采用DSP来实现。

本实施例中优化服务器电源的系统的工作原理和工作方法，在图1-图3所示的实施例中已经详细阐述，两者可以互相参照，在此不再赘述。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种优化服务器电源的方法，所述服务器电源中设置有依次连接的PFC级和LLC级，其特征在于，所述方法包括：

采集LLC级的输出电流；

根据所述输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压，其中，380为PFC基准电压，I_out为LLC级的输出电流，Vin_Ref为PFC级的待输出电压，K为调节系数；

根据所述待输出电压，更新PFC级当前的输出电压。

2.根据权利要求1所述的一种优化服务器电源的方法，其特征在于，根据所述输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压的方法，具体为：

根据所述输出电流，通过DSP利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压。

3.根据权利要求1所述的一种优化服务器电源的方法，其特征在于，根据所述输出电流，通过DSP利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压的方法，包括：

利用电流取样电阻将所述输出电流转换为电压信号形式的输出电流，并将所述电压信号形式的输出电流传输至DSP；

DSP根据所述电压信号形式的输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压。

4.根据权利要求1-3中任一所述的一种优化服务器电源的方法，其特征在于，调节系数K根据服务器电源的运行参数确定，所述运行参数包括：PFC母线电容的耐压值以及LLC环路的谐振频率。

5.一种优化服务器电源的系统，所述服务器电源中设置有依次连接的PFC级和LLC级，其特征在于，所述系统包括：

输出电流采集模块，用于采集LLC级的输出电流；

待输出电压计算模块，用于根据所述输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压，其中，380为PFC基准电压，I_out为LLC级的输出电流，Vin_Ref为PFC级的待输出电压，K为调节系数；

更新模块，用于根据所述待输出电压，更新PFC级当前的输出电压。

6.根据权利要求5所述的一种优化服务器电源的系统，其特征在于，所述待输出电压计算模块包括：

信号转换单元，用于利用电流取样电阻将所述输出电流转换为电压信号形式的输出电流，并将所述电压信号形式的输出电流传输至计算单元；

所述计算单元，用于根据所述电压信号形式的输出电流，利用公式Vin_Ref＝K*I_out+380，计算得出PFC级的待输出电压。

7.根据权利要求6所述的一种优化服务器电源的系统，其特征在于，所述计算单元为一DSP。

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